Applicazioni sperimentali del basalto per il risparmio energetico e lo sviluppo economico sostenibile - Nuovi materiali

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Applicazioni sperimentali del basalto per il risparmio energetico e lo sviluppo economico sostenibile


Intervista a Piero De Fazio

Da diversi anni l’ENEA è impegnata nella ricerca sui materiali innovativi per lo sviluppo e la realizzazione di nuove componenti ed applicazioni nel settore del patrimonio edilizio per il risparmio energetico e lo sviluppo economico sostenibile.
Per le potenzialità dei nuovi materiali, l’ENEA svolge attività sullo studio della fibra di basalto 1 che presenta notevoli caratteristiche fisico – chimiche ed un elevato grado di biocompatibilità.
Nel marzo 2010 l’ENEA ed HG GBF, leader mondiale nella produzione di fibra di basalto, hanno sottoscritto un accordo – “Progetto Basalto” – per studiare le potenzialità della fibra di basalto e le sue numerose applicazioni.
Grazie a questo accordo l’ENEA ha focalizzato la propria attività nei settori dell’edilizia, dell’automotive e della nautica.

L’ing. Piero De Fazio, responsabile del Progetto Basalto nel Laboratorio Tecnologia dei Materiali e Metrologia della Trisaia (UTTRI-TEM), ci illustra le attività in corso.

Ing. De Fazio, può spiegarci quali sono gli obiettivi prioritari del “Progetto Basalto”?
Il progetto parte dalla necessità di verificare in che modo la fibra di basalto possa essere utilizzata in sostituzione dell’acciaio nel calcestruzzo armato, attualmente usato per la realizzazione della struttura degli edifici (ossia dell'ossatura portante) o di manufatti edili come ad esempio, i muri di sostegno dei terrapieni. In questo caso, l’obiettivo finale del progetto è quello di pervenire alla produzione di manufatti in calcestruzzo armato nei quali l’acciaio viene completamente sostituito dal basalto.
In seconda battuta, lo scopo del nostro progetto è anche quello di arrivare ad una proposta di normativa tecnica, in grado di garantire la piena applicazione del materiale nella filiera produttiva. Allo stato attuale esiste una regolamentazione generale per i compositi, ma non c’è una normativa specifica per la fibra di basalto. A questo proposito vorremmo avanzare una proposta che alla fine possa interessare anche l’Uni (Ente nazionale italiano di unificazione).


Quali caratteristiche rendono più idoneo il basalto rispetto all’acciaio nella produzione di manufatti edili in calcestruzzo armato?
Le barre in acciaio e quelle contenenti fibre di basalto hanno proprietà meccaniche del tutto comparabili. La densità dei due materiali è però diversa, per cui ad ogni kg di basalto impiegato corrispondono 2,91 kg di acciaio. Facili calcoli consentono quindi di affermare che per ogni kg di fibra di basalto impiegato al posto della corrispondente quantità di acciaio si può ottenere un risparmio energetico di 9,12 kWh.
Teniamo anche presente che i compositi in fibra di basalto possono sostituire l'acciaio e tutte le plastiche rinforzate conosciute poiché superiori alle altre fibre in termini di stabilità al calore, proprietà di isolamento termico e sonoro, durabilità e resistenza alle vibrazioni. Inoltre, riguardo alle proprietà chimiche, le fibre di basalto sono più resistenti agli ambienti aggressivi (sia in ambiente acido che alcalino).
Sostituire quindi il basalto all’acciaio nel calcestruzzo armato presenta un vantaggio di maggiore resistenza alla corrosione: l’acciaio delle armature classiche può corrodersi se non sufficientemente protetto dal calcestruzzo attraverso delle fessurazioni che possono prodursi quando l’elemento strutturale è sollecitato a flessione e da fenomeni di trasporto di acqua, ossigeno, cloruri, anidride carbonica, ecc. Il basalto invece, garantisce una buona durabilità sia perché resistente all’ambiente cementizio, sia perché non soggetto a fenomeni corrosivi da parte di agenti inquinanti.

In che modo l’impiego del basalto garantisce il risparmio energetico e lo sviluppo economico sostenibile?
Per lavorare il basalto idoneo all’impiego produttivo viene consumata una quantità di energia inferiore a quella che normalmente serve per l’acciaio. Da ciò ne consegue anche un abbattimento dell’anidride carbonica che viene emessa nel processo di lavorazione preliminare.


L’uso del basalto nel calcestruzzo armato al posto dell’acciaio offre dei vantaggi dal punto di vista ambientale?
Certamente. La fibra di basalto è un prodotto eco-compatibile, non ha problemi di riciclo quando viene dismesso, in quanto è un elemento naturale che riduce il peso d’insieme dell’involucro, (visto che si tratta di un materiale più leggero rispetto all’acciaio).
Normalmente, lo smaltimento in discarica delle costruzioni edili in calcestruzzo-acciaio necessita di una separazione preliminare dell’armatura metallica dalla parte cementizia per il riciclo.
Con l’utilizzo dei rinforzi in fibra di basalto invece, non è più indispensabile ricorrere alla separazione dei due componenti prima di riciclare i materiali.
Il risparmio e la convenienza economica risiedono quindi nel fatto che non sarebbero più necessari impianti di separazione destinati allo scorporo del calcestruzzo dall’acciaio per il recupero del materiale ma tutto potrebbe essere destinato ad un trattamento unico senza  processi di smaltimento ulteriori.


Cosa comporterebbe un impiego consistente del basalto nel settore edile?

Se ipotizzassimo di sostituire il basalto già solo con il 5% dell’acciaio utilizzato nel comparto edile italiano nell’arco di un anno –  pari a 25 milioni di tonnellate all’anno – avremmo un risparmio energetico simile a quello di una centrale che produce 500 MW e attiva per 8000 ore all’anno (con risparmio di 3.919.417 MWh/anno). Inoltre, alla riduzione del consumo di energia corrisponde un abbattimento complessivo delle emissioni di CO2 in atmosfera pari a 700 mila tonnellate annue, che ci avvicinerebbe agli obiettivi previsti dal pacchetto clima – energia dell’Ue.


A che punto sono le attività di ricerca del Progetto Basalto nel settore dell’automotive e della nautica?

Stiamo cercando, in entrambi i settori, di utilizzare la fibra di basalto come rinforzo di alcuni componenti dell’autovettura, ad esempio in sostituzione della fibra di vetro, e più in generale cerchiamo di integrare il basalto con la fibra di carbonio. Queste ricerche però, sono ancora in fase sperimentale.


In Europa, l’esperienza del basalto sembra essere ancora agli inizi, che applicazioni trova invece nel resto del mondo?

In alcuni paesi, (Cina, Ex Unione Sovietica), si utilizza normalmente la fibra di basalto in ambito civile, come rinforzo di armature per le abitazioni e per le dighe. In Giappone, recentemente, stanno anche cominciando ad usare questo materiale come rinforzo di strutture già esistenti, per esempio nell’ambito del rischio sismico.
Poi ci sono molte applicazioni anche nel campo aeronautico o nel nucleare perché il basalto è in grado di schermare le radiazioni. Senza dimenticare che nell’ambito del settore nautico sono state realizzate barche in fibra di basalto, componente che in questo caso sostituisce la vetroresina. E poi, ovviamente, nell’edilizia.
Il grande vantaggio di questo materiale è l'ampio utilizzo che se ne può fare, così da trovare impiego sia su installazioni nuove che su quelle già costruite, con una considerazione: essendo un materiale molto più leggero rispetto all’acciaio, bisogna tenere presente che anche tutti i calcoli costruttivi cambiano.

 

Per saperne di più:

1Il basalto, allo stato naturale, è una roccia impermeabile di origine vulcanica, di colore scuro o nero con un contenuto di silice (SiO2) relativamente basso. Il basalto può presentarsi con aspetto che va da porfirico a microcristallino a vetroso. Esso proviene da un magma solidificatosi velocemente a contatto dell'aria o dell'acqua ed è la principale roccia costituente la parte superiore della crosta oceanica.

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